關(guān)于構(gòu)建高性能架構(gòu)HIS云平臺的若干問題研究

【摘 要】醫(yī)院管理信息系統(tǒng)（HIS）作為各大醫(yī)院的核心業(yè)務(wù)應(yīng)用，主要對在醫(yī)療活動各階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行采集、儲存、處理、提取、傳輸、匯總并加工生成各種信息。傳統(tǒng)的HIS系統(tǒng)主要部署在醫(yī)院內(nèi)的數(shù)據(jù)中心，而隨著醫(yī)院逐漸擴大規(guī)模成立分院，醫(yī)院和醫(yī)院之間、醫(yī)院和各級藥店之間、醫(yī)院和衛(wèi)生管理部門之間的信息共享與交換的需求與日俱增。建立跨區(qū)域的提供全面服務(wù)的公有HIS云計算平臺，并為各個醫(yī)院分別建立私有云已經(jīng)迫在眉睫。本文正是研究在如何在Web前端、應(yīng)用服務(wù)器兩個方面對云平臺架構(gòu)的性能優(yōu)化，以滿足大量用戶并發(fā)訪問的、海量數(shù)據(jù)存儲等非功能性需求。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院管理信息系統(tǒng) HIS云計算平臺架構(gòu) 性能優(yōu)化 非功能性需求

一、引言

（一）云計算及HIS云平臺

我們都知道，在建設(shè)信息系統(tǒng)的時候，IT的計算資源很重要。CPU的處理能力、大容量的內(nèi)存、海量的硬盤存儲能力和軟件的分析計算能力等都是計算資源。在采購IT設(shè)備、建設(shè)IT系統(tǒng)時，要對計算資源需求量做出估計，預(yù)估低了會出現(xiàn)計算資源供不應(yīng)求，影響正常工作；預(yù)估高了會出現(xiàn)供大于求的情況，造成了浪費的現(xiàn)象。

比如說：在醫(yī)療信息領(lǐng)域，為了滿足醫(yī)院日益增長的業(yè)務(wù)：醫(yī)院自身的擴建、醫(yī)院與醫(yī)院之間的信息交流增加、醫(yī)院與藥店合作范圍的擴大，各大醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心通常需要采購大量的硬件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，購買大量的軟件產(chǎn)品并將大多經(jīng)歷耗費在接口應(yīng)用的開發(fā)上。因此建立地區(qū)級的HIS云平臺已迫在眉睫。HIS云平臺提供了云計算的Iaas（基礎(chǔ)設(shè)施即是服務(wù)）和Saas（應(yīng)用軟件即是服務(wù)）的基本形式。通過使用HIS云，各大醫(yī)院降低了軟硬件的采購成本、數(shù)據(jù)采購成本和系統(tǒng)開發(fā)的時間成本；其次，伸縮性非常強，所需資源按需供應(yīng)，各醫(yī)院想要使用HIS平臺的哪些功能模塊，完全可以訂制使用，只要能聯(lián)網(wǎng)，就能使用HIS云平臺后臺強大的服務(wù)、軟件和數(shù)據(jù)能力，獲得計算資源會更方便。

（二）HIS云平臺軟件系統(tǒng)的性能指標(biāo)

如上所述，HIS云平臺需要面對該區(qū)域的高并發(fā)用戶（醫(yī)院人員、藥店人員、醫(yī)療管理機構(gòu)等）、大流量訪問。因此HIS云平臺的性能問題成為了架構(gòu)設(shè)計中的焦點問題。性能好壞的主要指標(biāo)有響應(yīng)時間、并發(fā)數(shù)、吞吐量、性能計數(shù)器等。

響應(yīng)時間是指應(yīng)用執(zhí)行一個操作需要的時間，包括從發(fā)出請求開始到收到最后響應(yīng)數(shù)據(jù)所需要的時間。響應(yīng)時間是系統(tǒng)最重要的性能指標(biāo)，直觀反映了系統(tǒng)的快慢；并發(fā)數(shù)指系統(tǒng)能夠同時處理并發(fā)用戶請求的數(shù)目，這個數(shù)字反映了系統(tǒng)的負載特性；吞吐量指單位時間內(nèi)系統(tǒng)處理的請求數(shù)量，體現(xiàn)系統(tǒng)的整體處理能力，一般可用“請求數(shù)/秒”或“頁面數(shù)/秒”來衡量；性能計數(shù)器是描述服務(wù)器或操作系統(tǒng)性能的一些數(shù)據(jù)指標(biāo)，包括System Load、對象與線程數(shù)、內(nèi)存使用、CPU使用、磁盤和網(wǎng)絡(luò)I/O等指標(biāo)，這些指標(biāo)是系統(tǒng)監(jiān)控的重要參數(shù)。

如果HIS云平臺的性能指標(biāo)不能滿足設(shè)計和業(yè)務(wù)需求，就需要進行對各個環(huán)節(jié)進行分析，排查可能出現(xiàn)瓶頸的地方，定位問題。定位產(chǎn)生性能問題的具體原因后，就需要進行性能優(yōu)化，本文的下面章節(jié)正是從Web前端和應(yīng)用服務(wù)器兩方面討論如何對HIS云平臺進行性能優(yōu)化。

二、Web前端的性能優(yōu)化

一般說來Web前端是指HIS平臺業(yè)務(wù)邏輯之前的部分，包括瀏覽器加載、網(wǎng)站視圖模型、圖片服務(wù)、CDN服務(wù)等。主要優(yōu)化手段有優(yōu)化瀏覽器訪問、使用反向代理、CDN等。

（一）瀏覽器訪問優(yōu)化

（1）減少http請求

減少HTTP的主要手段是合并CSS，合并JavaScript、合并圖片，將瀏覽器一次訪問需要的JavaScript、CSS合并成一個文件，圖片合并成一張，這樣瀏覽器就只需要一次請求。

（2）使用瀏覽器緩存并減少Cookie傳輸

一方面，通過設(shè)置HTTP頭中的Cache-Control和Expires的屬性，可以將CSS、JavaScript、Logo、圖標(biāo)等靜態(tài)資源文件緩存在瀏覽器中，改善性能。另一方面，對于靜態(tài)資源，發(fā)送Cookie沒有意義，可以考慮靜態(tài)資源使用獨立域名進行訪問，避免請求靜態(tài)資源時發(fā)送Cookie，減少Cookie傳輸。

（3）啟用壓縮

在服務(wù)器端對文件進行壓縮，在瀏覽器端對文件解壓縮，可有效減少通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。文本壓縮效率可達80%以上，因此HTML、CSS、JavaScript文件GZip壓縮可以達到較好的效果。

（二）CDN加速與反向代理

CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）的本質(zhì)是一個緩存，將圖片、文件、CSS等訪問頻度很高的靜態(tài)數(shù)據(jù)緩存在離用戶最近的地方，使用戶以最快速度獲取數(shù)據(jù)，即所謂網(wǎng)絡(luò)訪問第一跳。如圖1所示：CDN部署在網(wǎng)絡(luò)運營商機房，這些運營商是終端用戶的網(wǎng)絡(luò)運營商，因此用戶請求路有的第一跳就到達了CDN服務(wù)器，當(dāng)CDN中存在瀏覽器請求的資源時，從CDN直接返回給瀏覽器，最短路徑返回響應(yīng)，加快用戶訪問速度，減少數(shù)據(jù)中心負載壓力。

傳統(tǒng)代理服務(wù)器位于瀏覽器一側(cè)，代理瀏覽器將HTTP請求發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上，而反向代理服務(wù)器位于網(wǎng)站機房一側(cè)，代理網(wǎng)站W(wǎng)eb服務(wù)器接收HTTP請求，如圖2所示，此外，反向代理服務(wù)器還可以保護網(wǎng)站的安全，還可以通過配置緩存來加速Web請求，反向代理也可以實現(xiàn)負載均衡的功能。

圖1：利用CDN的平臺架構(gòu)

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圖2：利用反向代理的平臺架構(gòu)

三、應(yīng)用服務(wù)器性能優(yōu)化

應(yīng)用服務(wù)器就是處理醫(yī)療管理信息系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)的服務(wù)器，所有的業(yè)務(wù)代碼都部署在這里，是平臺開發(fā)最復(fù)雜，變化最多的地方，優(yōu)化手段主要有緩存、集群、異步等。

（一）分布式緩存

當(dāng)HIS系統(tǒng)遇到性能瓶頸時，第一個想到的解決方案就是使用緩存。緩存是指將數(shù)據(jù)存儲在相對較高訪問速度的存儲介質(zhì)中，以供系統(tǒng)處理。一方面緩存訪問速度快，可以減少數(shù)據(jù)訪問的時間；另一方面如果緩存的數(shù)據(jù)是經(jīng)過計算處理的，那么緩被緩存的數(shù)據(jù)無需重復(fù)計算即可直接使用，因此緩存可以減少計算實時間。合理的使用緩存，對HIS平臺的性能優(yōu)化意義重大。

分布式緩存指緩存部署在多個服務(wù)器組成的集群中，以集群方式提供緩存服務(wù)，其架構(gòu)方式主要有兩種，一種是以JBoss Cache為代表的需要更新同步的分布式緩存，一種是以Memcached為代表的不互相通信的分布式緩存。

四、結(jié)論

本文對如何構(gòu)建高性能的HIS云平臺進行了討論，重點從Web前端和應(yīng)用服務(wù)器兩個層面討論如何提升云平臺的性能指標(biāo)，已滿足大用戶、高并發(fā)的訪問需求。結(jié)果表明：采用了分布式緩存、異步消息隊列、應(yīng)用服務(wù)器集群等優(yōu)化手段后，云平臺性能得到了顯著提升。

參考文獻：

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[2] 李紹俊、周芹.云GIS研究現(xiàn)狀綜述[ J]， 測繪與空間地理信息2011.8（34）：14-16.

[3] 李智慧.大型網(wǎng)站技術(shù)架構(gòu)核心原理與案例分析[M]， 電子工業(yè)出版社，2014.3：34-54.

作者簡介：

1.胡灝，男，（1978年4月—），職稱：初級工程師，學(xué)歷：本科，現(xiàn)工作于長春中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，研究方向：信息技術(shù)在醫(yī)療單位的推廣和應(yīng)用。

2.盧海峰，男，（1978年6月—），職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，現(xiàn)工作于長春中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，研究方向：信息技術(shù)在醫(yī)療單位的推廣和應(yīng)用。